【文章內(nèi)容簡介】 年我國挖掘機總銷 售量突破 6 萬臺 ，其中國內(nèi)挖掘機生產(chǎn)企業(yè)銷量總和達到 萬臺，成為世界第一大挖掘機市場。 挖掘機的發(fā)展與液壓技術(shù)密不可分，二者相互促進，一方面，液壓技術(shù)是現(xiàn)代挖掘機的技術(shù)基礎(chǔ)，另一方面，挖掘機的發(fā)展又促進了液壓技術(shù)的提高。挖掘機的液壓系統(tǒng)復(fù)雜，其性能的優(yōu)劣決定著挖掘工作性能的高低，可以說目前液壓傳動的許多先進技術(shù)都體現(xiàn)在挖掘機上。近年來，有關(guān)挖掘機液壓系統(tǒng)方面的文獻并不少見，但文獻的內(nèi)容大多針對某一專題進行研究，系統(tǒng)地論述現(xiàn)代液壓挖掘機液壓系統(tǒng)的論文卻較少，因此研究挖掘機液壓系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義和理論意義。 本次設(shè)計概述 本 次畢業(yè)設(shè)計通過查閱相關(guān)圖書、 期刊、論文，以及通過網(wǎng)上查詢等多種途徑，經(jīng)過課題的專業(yè)的調(diào)研 ,收集相關(guān)資料 , 主要是以 WY220 液壓挖掘機的液壓系統(tǒng)為研究設(shè)計對象，根據(jù)其總體技術(shù)指標(biāo)進行，在確定工作結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)基礎(chǔ)上，進行液壓計算，分析其液壓系統(tǒng)的工作原理和工作過程。繪制挖掘機的液壓系統(tǒng)原理圖，并完成部分液壓零部件圖的繪制，按要求編制設(shè)計說明書。 2 總體方案設(shè)計 履帶式液壓挖掘機的組成 液壓挖掘機主要由發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。液壓系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達、管路、油箱等組成 。電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、發(fā)動機控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等 ， 如圖 。 圖 單斗反鏟液壓挖掘機 Backhoe single bucket hydraulic excavator 1柴油機； 2機罩； 3油泵； 4多路閥； 5郵箱； 6回轉(zhuǎn)減速器； 7回轉(zhuǎn)馬達； 8回轉(zhuǎn)頭； 9駕駛室； 10動臂； 11動臂油缸； 12操縱臺； 13邊齒； 14斗齒； 15鏟斗； 16斗桿 油缸； 17斗桿； 18鏟斗油缸； 19平衡重； 20轉(zhuǎn)臺； 21行走減速器； 22行走 馬達； 23拖鏈輪； 24履帶； Ⅰ 工作室； Ⅱ 上部轉(zhuǎn)臺； Ⅲ 行走機構(gòu) 挖掘機總體方案設(shè)計及液壓系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計依據(jù) 1）機重 22t 2）標(biāo)準(zhǔn)斗容量 31m 3）發(fā)動機功率 120140KW 總體設(shè)計原則 進行液壓挖掘機的底盤總體設(shè)計時應(yīng)該遵循以下原則： 1）滿足使用要求、滿足經(jīng)濟性的要求、滿足勞動保護的要求、滿足工藝性要求、滿足機器的結(jié)構(gòu)性能要求、某些零件、部件滿足耐磨性要求 。 2）在不增高行走裝置總高度的前提下應(yīng)使行走裝置具有較大的離地間隙，使挖掘機在不平地面上行走具有良好的通過性能，力求增強機器對各種運行條件和作業(yè)要求的適應(yīng)性； 3）要降低挖掘機的接地比壓或具有較大的支承面積，以提高挖掘機的穩(wěn)定性。挖掘機在斜坡下行時不發(fā)生超速溜坡現(xiàn)象，挖掘時不發(fā)生下滑，提高工作時的安全可靠性； 4）挖掘機的行走裝置外型尺寸應(yīng)符合道路運輸要求，外形美觀； 5）各個部件或總成的性能應(yīng)相互協(xié)調(diào)、匹配，力求整體性能的一致和最優(yōu)化，不可盲目追求某個局部的最佳性能，否則，可能造成整體性能惡化，或產(chǎn)生薄弱壞節(jié)； 6）正確地處理繼承與創(chuàng)新的辯證關(guān)系，采用成熟技術(shù)，通過深入的理論分析，進行必要的科學(xué)實驗，勇于創(chuàng)新。 動力裝置的比較與選型 履帶式挖掘機常用的動力源主要有三種：電動機、柴油機以及蒸汽機。每種動力源都具有其特點； 1） 交流與直流電機 電動機是把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設(shè)備，按 使用電源不同分為直流電動機和交流電動機。他們也有各自的優(yōu)缺點，各種電動機中應(yīng)用最廣的是交流異步電動機（又稱感應(yīng)電動機）。它使用方便、運行可靠、價格低廉、結(jié)構(gòu)牢固，但功率因數(shù)較低，調(diào)速也較困難。大容量低轉(zhuǎn)速的動力機常用同步電動機。同步電動機不但功率因數(shù)高，而且轉(zhuǎn)速與負載大小無關(guān)，只決定于電網(wǎng)頻率，工作較穩(wěn)定。但它有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，維護困難，不適于惡劣環(huán)境。 和交流電動機相比，直流電機的優(yōu)點是調(diào)速性能好，調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)，起動自動轉(zhuǎn)矩大；易于快速起動、停車；易于控制。其缺點是：與異步電動機比 較，直流電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用維護部方便，而且要用直流電源。 2） 柴油機 柴油機是用柴油作燃料的內(nèi)燃機，屬于壓縮點火式發(fā)動機。 柴油機具有熱效率高的顯著優(yōu)點，經(jīng)濟性優(yōu)于汽油機，功率大，符合工程機械向大型化發(fā)展的趨勢。其應(yīng)用范圍越來越廣。 柴油機具有較好的燃油經(jīng)濟性，使用成本低，在相同的續(xù)駛里程內(nèi)，可以設(shè)置容積小些的油箱。柴油機壓縮比可以達到 1 5～ 23，而汽油機一般控制在 8～ 10；柴油機熱效率高達 38％，而汽油機為 30％；柴油機工作可靠，壽命長，排污量少。 隨著強化程度的提高，柴油機單位功率的重量也顯 著降低。為了節(jié)能，各國都在注重改善燃燒過程，研究燃用低質(zhì)燃油和非石油制品燃料。此外，降低摩擦損失、廣泛采用廢氣渦輪增壓并提高增壓度、進一步輕量化、高速化、低油耗、低噪聲和低污染，都是柴油機的重要發(fā)展方向。 3）蒸汽機 蒸汽機是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為機械功的往復(fù)式動力機械。 蒸汽機有很大的歷史作用，它曾推動了機械工業(yè)甚至社會的發(fā)展。隨著它的發(fā)展而建立的熱力學(xué)和機構(gòu)學(xué)為汽輪機和內(nèi)燃機的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。但是蒸汽機離不開鍋爐，整個裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和溫度不能過高，排氣壓力不能過低，熱效率難以提高；它是 一種往復(fù)式機器，慣性力限制了轉(zhuǎn)速的提高；工作過程是不連續(xù)的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。逐漸為其他動力裝置所代替。 挖掘機總體方案設(shè)計及液壓系統(tǒng)設(shè)計 綜上所述，液壓挖掘機常作業(yè)于野外，需要經(jīng)常行走移動。由于柴油機作為動力裝置不受電源、電纜的限制，使得液壓挖掘機移動、行駛方便，故本設(shè)計采用了 柴油機 作為動力源。 工作裝置的比較與選擇 工作裝置是直接完成挖掘任務(wù)的裝置，是液壓挖掘機的重要組成部分，它由動臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。其動作接近于人的手腕運動，具有較大的挖掘和作業(yè)性能。動臂起落、斗桿伸縮和 鏟斗轉(zhuǎn)動都用往復(fù)式雙作用液壓缸控制。為了適應(yīng)各種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機可以裝配多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等多種作業(yè)機具，如圖 。 圖 液壓挖掘機的多種工作裝置 Fig working device of hydraulic excavator range 常見的液壓挖掘機的動作裝置的功用之一是做挖掘機工作，根據(jù)斗桿和動臂剛性連接可主要分為正鏟和反鏟兩種。 反鏟工作裝置 鉸接式反鏟是單斗液壓挖掘機最常用的結(jié)構(gòu)型式，動臂、斗桿和鏟斗等主要 部件彼此鉸接（見圖 ），在液壓缸的作用下各部件繞鉸接點擺動，完成挖掘、提升和卸土等動作。 1）動臂 動臂是反鏟的主要部件，其結(jié)果有整體式和組合式兩種。 其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕而剛度大。缺點是更換的工作裝置少，通用性較差。多用于長期作業(yè)條件相似的挖掘機上。整體式動臂又可分為直動臂和變動臂兩種。其中的直動臂結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、制造方便，主要用于懸掛式液壓挖掘機，它不能使挖掘機機獲得較大的挖掘深度，不適用于通用挖掘機；變動臂是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式，與同長度的直動臂相比，可以使挖掘機有較大的挖 掘深度。但降低了卸土高度，這正符合挖掘機反鏟作業(yè)的要求。 圖 反鏟 Fig. backhoe 1—斗桿油缸； 2—動臂； 3—油管； 4—動臂油缸； 5—鏟斗； 6—斗齒； 7—側(cè)齒； 8—連桿； 9—搖桿； 10—鏟斗油缸； 11—斗桿 如圖 ，組合式動臂用輔助連桿或液壓缸 3或螺栓連接而成。上、下動臂之間的夾角可用輔助連桿或液壓缸來調(diào)節(jié)，雖然使結(jié)構(gòu)和操作 挖掘機總體方案設(shè)計及液壓系統(tǒng)設(shè)計 (a) (b) 圖 組合式動臂 Fig bined boom 1—下動臂； 2—上動臂； 3—連桿或液壓缸 復(fù) 雜化，但在挖掘機作業(yè)中可隨時大幅度調(diào)整上、下臂之間的夾角，從而提高挖掘機的作業(yè)性能，尤其在用反鏟或抓斗挖掘窄而深的基坑時，容易得到較大距離的垂直挖掘軌跡，提高挖掘質(zhì)量和生產(chǎn)率。組合式動臂的優(yōu)點是，可以根據(jù)作業(yè)條件隨意調(diào)整挖掘機的作業(yè)尺寸和挖掘力，且調(diào)整時間短。此外，它的互換工作裝置多可滿足各種作業(yè)的需要，裝車運輸方便。其缺點是質(zhì)量大，制造成本高，一般用于中、小型挖掘機上。 綜上比較，本設(shè)計選用 組合式動臂 。 2) 反鏟斗 反鏟斗用的鏟斗型式、尺寸與其作業(yè)對象有很大關(guān)系。為了滿足各種挖掘機作業(yè)的 需要，在同一臺挖掘機上可配以多種結(jié)構(gòu)型式的鏟斗，如圖。鏟斗的斗齒采用裝配式，其形式有橡膠卡銷式和螺栓連接式，如圖 。 圖 反鏟 常用鏟斗結(jié)構(gòu) backhoe bucket structure 1—齒座； 2—斗齒； 3—橡膠卡銷； 4—卡銷； 7—斗齒板 圖 斗齒安裝形式 bucket tooth installation （ a） 螺栓連接； （ b）橡膠卡銷連接 1— 卡銷； 2—橡膠卡銷； 3—齒座； 4—斗齒 正鏟工作裝置 單斗液壓挖掘機的正鏟結(jié) 構(gòu)如圖 所示 ，主要有動臂 動臂油缸 鏟斗 斗底油缸 4 等組成。 鏟斗的斗底利用液壓缸來開啟，斗 6 是鉸接在動臂的頂端，由雙作用的斗桿缸 7 使其轉(zhuǎn)動。斗桿油缸的一端鉸接在動臂上，另一端鉸接在斗桿上。其鉸接形式有兩種：一種是鉸接在斗桿的前端 。另一種是鉸接在斗桿的尾端。 動臂均為單桿式，頂端呈叉形，以便與斗桿鉸接。動臂有單節(jié)的和雙節(jié)的兩種。單節(jié)的動臂有長短兩種備品，可根據(jù)需要更換。雙節(jié)的動臂則由上、下兩節(jié)拼裝而成，根據(jù)裝點的不同，動臂的工作長度也不一樣。 本設(shè)計根據(jù)設(shè)計 要求，立足于 反鏟 ，主要用于挖掘停機面以下的土壤，如挖掘溝壕、基坑等。其挖掘軌跡取決于各液壓缸的運動及組其合。反鏟挖掘機每一作業(yè)循環(huán)包括挖掘、會轉(zhuǎn)、卸料和返回等四個過程。其工作過程為：先放下動臂至挖掘位置，然后轉(zhuǎn)動斗桿及鏟斗，向著挖掘機方向拉轉(zhuǎn)，當(dāng)挖掘至裝滿鏟斗時，提升動臂使鏟斗離開土壤，邊提升邊回轉(zhuǎn)至卸載位置，轉(zhuǎn)斗卸出土壤，然后再回轉(zhuǎn)至工作面，準(zhǔn)備下一循環(huán)的挖掘工作。因此經(jīng)過上述比較，選擇 組合式動臂反鏟裝置 作為本設(shè)計的工作裝置。 挖掘機總體方案設(shè)計及液壓系統(tǒng)設(shè)計 圖 正鏟 Fig. 1—動臂油缸； 2—動臂； 3—加長臂； 4—斗底油缸； 5—鏟斗； 6—斗桿； 7—斗桿油缸； 8—液壓軟管 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的選擇 按照轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)角度分為：完全回轉(zhuǎn)（ 360176。）和不完全回轉(zhuǎn)（ 90176。~ 270176。）。液壓挖掘機回轉(zhuǎn)支承裝置用于承載回轉(zhuǎn)平臺以上機體的重量并實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。除了在懸掛式和伸縮臂式液壓挖掘機的上游采用半回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機構(gòu)外，現(xiàn)代液壓挖掘機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)普遍采用了完全回轉(zhuǎn)的液壓傳動方式。合理的設(shè)計選擇回轉(zhuǎn)機構(gòu)，對于提高生產(chǎn)率和能量利用率具有十分重要的意義。據(jù)此本設(shè)計采用 完全回轉(zhuǎn) 機構(gòu) 。 傳動方式的比較與選擇 動力裝置至驅(qū)動輪之間所有傳動部件的總稱為傳動系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)的功用是把動力裝置輸出的功率傳遞給驅(qū)動輪，并改變動力裝置的輸出特性，以滿足對自行式工程機械車速和牽引力的要求。 目前，工程機械的傳動系統(tǒng)有以下四種類型：機械傳動、液力機械傳動、電力傳動以及液壓傳動。每種傳動方式各有其特點、用途和適用的范圍。 機械傳動 所謂機械傳動是指傳動系統(tǒng)中采用剛性零部件傳遞動力的方式。它是通過齒輪、齒條、帶、鏈等機件傳遞動力和進行控制。工程機械中使用機械傳動系統(tǒng)由來已久。 機械傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、重量輕、操作簡單、維護方便、價格低廉、傳動效率高、可以利用傳動系統(tǒng)運動零件的慣性進行作業(yè)等優(yōu)點，同時，濕式離合器的普遍采用及發(fā)動機特性的改善（提高適應(yīng)性系數(shù)）在某種程度上改進了機械傳動的某些缺點，因此，采用機械傳動的工程機械仍然占有相當(dāng)?shù)谋壤５陙碓谝恍┳鳂I(yè)或行駛時阻力變化很大的機械中，日益廣泛地采用了液力機械傳動或者其他傳動方式。這是因為機械傳動存在許多缺點： 1） 在工作阻力急劇變化的工況下，發(fā)動機容易過載熄火。這就是要求司機有熟練的操作技巧； 2） 輪式機 械在運輸工況時，由于行駛速度較高而行駛阻力較小，在換檔的動力中斷期間，機械雖然減速但不至于停車。但是對于履帶式機械或在牽引工況下的輪式機械，由于行駛速度低、阻力大，在作業(yè)中換檔必然導(dǎo)致停車。為了能實現(xiàn)原地起步，并在一定的時間內(nèi)加速到一定的速度，往往逼迫使用較低的檔位，即檔位的選擇不是根據(jù)作業(yè)時的工作阻力而是根據(jù)原地起步和加速的要求。因此，在作業(yè)時發(fā)動機的功率利用差，降低了生產(chǎn)率。另外，停車檔位還影響機械的通過性能； 3） 對于循環(huán)作業(yè)的機械，經(jīng)常要前進、后退和改變車速，變換檔位頻繁，每次換檔都要分離主離合器 ，并用人力撥動換檔機構(gòu)，司機勞動強度大； 4） 傳動系統(tǒng)零件受到的沖擊載荷大，發(fā)動機的振動直接傳到傳動系統(tǒng)的各個零件，而行駛阻力變化引起的沖擊又通過傳動系統(tǒng)影響發(fā)動機，以此降低了發(fā)動機和傳動系